对水蒸气渗透情况比较特殊,允许最大渗透量的计算相当不同,由于获得或失去水分的任何一种产品,水分含量是相对湿度或水分活性的函数,因此我们可以获得吸附等温线。在给定温度条件下,产品吸湿等温线显示获得了水分(见图1),而产品解吸等温线显示失去了水分。产品中湿度的存在促进了水解反应、微生物和细菌的生长和色、香、味等感官性能的丢失等。通过计算允许水蒸气的最大透过量,确保给定的货架寿命,如(3)式所示[3]:
图1 典型的产品吸湿等温曲线
(注:食品的水分活性是指在特定温度压力下,食品绝对含水量与饱和含水量之比,所以任何温度水分活性总是介于0~1.0之间(相当于相对湿度)。该含水量指的是食品的结合水(结晶水的形态),以前计算食品水分含水量的方式是将食品进行干燥比较其重量,最近采用热力学的方法,用水分活性的观点比较合理。)
式中,:允许的水蒸气最大渗透量,单位:g/(m2·天·atm)
me:在内外水分均衡时的产品的含水量,单位:g水分/g产品
mi:产品初始的水分含量,单位:g水分/g产品
mc:产品的临界水分,单位:g水分/g产品
A:接触空气的包装表面积,单位:m2
W产品:产品重量,单位:g
Pv:蒸汽压,单位:atm
b:mc与mi之间的吸湿或解吸特性曲线的斜率,单位:g水分/g产品
θ:货架寿命,单位:天
2.2确定塑料多层结构的渗透性
如果给定的产品(食品或饮料)必须防潮或防气体渗透,开发的塑料包装必须满足下列形式的阻隔条件:
≤ (4)
式中::对某种气体或水蒸气i,多层结构的复合薄膜总的渗透量
:对于某种气体或水蒸气i,产品的允许最大渗透量
塑料材料本身的大分子结构不同,对于不同的气体或水蒸气,在不同的温度和相对湿度下,每一种塑料表现出不同的阻隔性能。因此,多层复合包装要求不同塑料的各层(极性和非极性)都要满足要求的阻隔条件。极性塑料材料通常是良好的气体阻隔材料,而非极性塑料材料通常对水蒸气有良好的阻隔性。多层结构的总渗透量的计算由方程5定义,在这个方程中,下标i与透过多层塑料薄膜的气体或水蒸气有关[3]。
式中:n:复合薄膜的层数
Xj:第j层薄膜的厚度,单位:μm
Pj:第j层薄膜的渗透系数,单位:ml ·μm /(m2·天·atm)